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2024.03.23上海
今天看到一个惊掉下巴的消息，说美国正在开发一种革命性的超音速潜艇，在水下时速可达5800公里，一个多小时就能横穿太平洋，这意味着从上海到美国旧金山，还要不了两个小时，这也太耸人听闻了吧？然而转念一想，不对啊，音速不是340米/秒，1200多公里/小时吗？这也超得太厉害了吧？要是撞上鲸鱼怎么办？
是不是不明觉厉？打死你可能也不敢相信，什么东西能在水中以5800公里/小时，也就是1600米/秒的速度运动，已经远远超过子弹的速度了。但这种潜艇在理论上确实是可行的，它利用了一种叫超空蚀效应的现象，在潜艇周围制造出一个大气泡，潜艇就在这个气泡中前进，由于不再有水的阻力，理论上潜艇可以达到极高的速度。
是不是想起了什么？没错，科幻电影《星际旅行》中的曲速引擎，物理上叫阿库别瑞引擎，通过压缩飞船前方的空间，扩张后面的空间，在空间中制造一个人工“气泡”，或者叫曲速泡，飞船被完全包裹在泡中，乘着泡前进。由于曲速泡内部仍然是正常的时空，所以可以在不违背爱因斯坦相对论的情况下，进行超光速的星际旅行。
那么这种潜艇制造的“超空泡”，实际也不违背物理学的原理，所以可以超过水中的音速，也就是5500公里/小时前进。你可能会觉得太科幻了，根本不可能成为现实，但事实上已经有利用这种超空泡的产品出现了，这就是1960年代苏联研发的VA-111暴风（Shkval）超空泡鱼雷，1977年投入使用，1990年代正式部署，到现在都还有多个型号列装，已知至少有三个国家，包括俄罗斯、伊朗、越南有这种鱼雷。
只是这种鱼雷的速度达不到水中音速，它长8.2米，直径533毫米，重2.7吨，可携带210公斤的弹头。暴风鱼雷在鱼雷管中用固体燃料火箭发射，当加速到50节（93公里/小时）的空化速度后，鼻锥上的联合循环燃气轮机会以极高的压力喷出气泡，将整个鱼雷包裹起来，然后用强大的火箭发动机推动前进，最终达到200海里，也就是370公里的水下“飞行”时速，也有报告称可以达到460公里，甚至560公里的。虽然连水中音速的十分之一都不到，但也是极为惊人了，是普通鱼雷的四五倍，只是射程只有11到15公里。
可能正是看到暴风鱼雷的惊人速度，美国国防高级研究计划局（DARPA）2004年宣布水下快车计划，开发一种新型水下潜艇，速度可以达到100节，2009年还公布了进展情况，但此后似乎就没有消息了。
美国海军则在2016年，资助宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室研究一种革命性的超音速潜艇，希望把整个潜艇包裹在气泡中，用火箭驱动在海里超音速前进。原理说白了就是，气体密度和粘度远低于海水，可以显著降低艇身摩擦阻力达80%，甚至一个数量级，从而大幅提高潜艇速度。
但研究中科学家们发现，最大的问题就是如何维持潜艇周围气泡的完整性，因为气泡会膨胀收缩，产生周期性的脉动，导致局部坍缩，让艇身频繁地接触海水。
你知道这个问题有多严重吗？你可以想象在超音速的飞行中，飞机侧面突然撞上一堵坚硬的墙，即使不马上撞毁，也会失控乱飞，甚至很快解体，而水中5800公里/小时的超音速潜艇，艇身撞上“水壁”，结局只会比这更惨，不可能更好！
科学家们于是通过一个类似风洞的直径30厘米的高速水道，用模型进行了测试，结果发现，通过调整气体的释放速度，可以缓解甚至消除这种脉动，但随后就没有再看到什么新的研究结果了。我估计可能是所谓的超音速潜艇难度太大了，你想想看，一个多小时从水下穿越10000公里的太平洋，比超音速飞机还快，这要实现了用于商业运输，那地球就成两小时经济圈了，这也太耸人听闻了。
另外就是海洋生物们可就遭殃了，你想一个几米几十米的大气泡在水里穿来穿去，速度高达5800公里/小时，谁经得起这样的折腾啊？潜艇呼啦啦一过，海面上顿时翻起一片鱼肚白，鲸鱼、海豚、鲨鱼、金枪鱼、小鱼小虾，它们到哪儿去说理啊？渔民们都不用四大洋到处跑，每天等在航路上，赶海就大丰收了。要是这样的潜艇太多，会不会导致海啸呢？
然后就是另外一个大问题，如此超高速的潜艇，如何让它调整方向，不可能一直直线前进吧？如果你没有意识到这是一个问题，你可以设想一下，一般的船可以把舵伸入水中来控制方向，或者通过两个螺旋桨的不同转速来控制，也就是说不管怎样，都得让船上的一部分与水接触，这在低速运动中可能不是问题。但在5800公里/小时的潜艇中，你把方向舵伸出去试试？你在超音速飞机上把手指伸出去试试？我估计要么方向舵瞬间折断，要么潜艇疯狂旋转，直接被撕得粉碎！
最近出来的这个消息，说的就是宾夕法尼亚州立大学这个被遗忘的超音速潜艇项目，称美国决定利用现代技术来探索将它变为现实的可能性，不过没见有正规媒体的更多报道，我估计可能还是小道消息。有趣的是，2014年《南华早报》就报道说，中国在超空泡技术上取得重大突破，实现了水下超音速潜艇的可控航行，从上海到旧金山只需100分钟。
中国科学家是如何解决变向问题的呢？报道说他们的尝试是不断在艇身表面喷射一种液膜，减轻遇到的阻力，然后通过精确控制液膜的喷射，在潜艇的不同部位产生不同的摩擦力，从而控制潜艇的方向。你是不是脑洞大开，惊为天人，佩服得五体投地？但这个说法经不起推敲，因为液膜是在艇身表面，而潜艇是在气泡中，液膜无法接触到海水，如何产生摩擦力，如何控制转向？这就像左脚踩右脚，或者提着自己的头发想跳到空中，不符合基本的物理原理。
从科学的角度来看，所谓超音速潜艇可能只是一个概念，比曲速泡、阿库别瑞引擎容易不了多少，现有科技能力可能还无法达到。但苏联既然在上世纪就把2.7吨的鱼雷加速到了370公里/小时，可以跑10多公里，说明我们现在虽然操控不了“时空泡”，但操控空气泡还是有可能的，或许5800公里/小时做不到，但打造速度比现在快很多的潜艇还是有可能的，谁知道各国是不是都在研究这样的项目呢？只是可能处于秘密状态而已。